本發(fā)明涉及資源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用鈦磁鐵礦精礦生產(chǎn)直接還原鐵和氮(碳)化鈦的方法。
背景技術(shù)：
鈦磁鐵礦是一種重要的鐵礦石資源，但鈦磁鐵礦精礦的冶煉是世界難題，我國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，目前形成了“高爐煉鐵-轉(zhuǎn)爐煉鋼”的鈦磁鐵礦工業(yè)生產(chǎn)流程。但該工藝以鋼鐵生產(chǎn)為主導(dǎo)，鈦富集于高爐渣中，但因TiO2含量低(25％以下)、物相復(fù)雜，目前還沒(méi)有成熟的工藝可以處理，因此極大的浪費(fèi)了寶貴的鈦資源。此外，大量的高爐鈦渣堆存，占用了大量的土地，同時(shí)也引起了水土污染問(wèn)題。因此急需開(kāi)發(fā)清潔高效的新工藝提高鈦磁鐵礦中鈦的利用率。
氮(碳)化鈦具有熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、與金屬的潤(rùn)濕小、導(dǎo)電和超導(dǎo)性性能好、無(wú)毒等特點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)械加工、裝飾點(diǎn)綴、航空航天和軍事工業(yè)、電子和電池及醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域。目前，氮(碳)化鈦主要是以高純TiO2或鈦鐵礦為原料，采用碳氮化還原工藝制備，碳氮化還原需要以高純TiO2或鈦鐵礦為原料。此外，還可以直接在材料表面原位合成氮(碳)化鈦薄膜，最常用的氮(碳)化鈦薄膜合成方法是物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法。兩種方法都是將純鈦升華，并在高能量真空環(huán)境中與氮?dú)夥磻?yīng)。亦可在高溫下，由四氯化鈦-氮的混合氣與氨-氫的混合氣反應(yīng)得到氮(碳)化鈦，或是將鈦-氫-氮混合氣加熱到高溫通過(guò)石墨，冷卻后沉積在基體材料上形成膜。無(wú)論是物理氣相沉積法還是化學(xué)氣相沉積法均需以純鈦為原料，且合成條件苛刻，因此生產(chǎn)成本高。
鑒于從鈦磁鐵礦高爐冶煉鈦渣中回收鈦產(chǎn)品的難度大、成本高、環(huán)境污染大，有研究人員以鈦磁鐵礦和煤為原料，利用熱碳還原工藝合成Fe-TiC(N)復(fù)合材料，但是此類(lèi)材料雜質(zhì)含量高難以應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用鈦磁鐵礦精礦生產(chǎn)直接還原鐵和氮(碳)化鈦的方法。
該方法具體包括如下步驟：
(1)造球：將鈦磁鐵礦精礦、碳質(zhì)還原劑、添加劑和粘結(jié)劑按一定比例混合加水造球或壓球；
(2)還原焙燒：將步驟(1)所得含碳球團(tuán)干燥后，在焙燒溫度1200～1500℃下還原焙燒生成包含直接還原鐵和氮(碳)化鈦的焙燒產(chǎn)品；含碳球團(tuán)的焙燒在還原氣氛或氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，氮?dú)鈿夥沼欣诘?碳)化鈦合成；加入添加劑具有以下作用：a)促進(jìn)鐵礦物還原以及氮(碳)化鈦的合成；d)促進(jìn)金屬鐵、氮(碳)化鈦顆粒的長(zhǎng)大；c)將脈石成分轉(zhuǎn)化為易溶于酸的物質(zhì)，便于后續(xù)氮化碳的提純。
(3)磨礦分選：將步驟(2)中所得的焙燒產(chǎn)品進(jìn)行磨礦，然后通過(guò)弱磁選或篩分或者弱磁選-篩分聯(lián)合工藝獲得直接還原鐵和富鈦渣；直接還原鐵為強(qiáng)磁性物質(zhì)，而且粒度大、延展性好、耐磨性能好，而其他物質(zhì)為弱磁性或無(wú)磁性，一般粒度較細(xì)，通過(guò)弱磁選或篩分或者弱磁選-篩分聯(lián)合工藝能夠?qū)⒅苯舆€原鐵和其他物質(zhì)分離。焙燒產(chǎn)品中形成部分圓形高純金屬鐵粗顆粒，將焙燒礦簡(jiǎn)單破碎或磨礦后篩分即可選出此部分產(chǎn)品。篩下產(chǎn)品再經(jīng)磨礦、弱磁選作業(yè)獲得直接還原鐵和富鈦渣。
(4)酸浸提純：將步驟(3)中所得富鈦渣經(jīng)過(guò)酸液進(jìn)一步除雜獲得高純氮(碳)化鈦產(chǎn)品。氮(碳)化鈦的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，常溫下不溶于鹽酸、硫酸、磷酸，微溶于王水、硝酸、氫氟酸，因此可通過(guò)酸浸去除富鈦渣中的雜質(zhì)，獲得高純度的氮(碳)化鈦產(chǎn)品。
其中，步驟(1)中所用含鈦磁鐵礦精礦的TFe品位>45％，TiO2品位>5％。
步驟(1)中碳質(zhì)還原劑為無(wú)煙煤、煙煤、褐煤、石墨、焦炭、半焦、石油焦、生物焦中的一種或多種組合；添加劑為碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸鉀、硫酸鉀、四硼酸鈉中的一種或多種組合；步驟(1)中含鈦磁鐵礦精礦、碳質(zhì)還原劑、添加劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為：100:(10～100):(0～20):(0～10)。
步驟(2)中焙燒產(chǎn)品在空氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，或被燒產(chǎn)品經(jīng)過(guò)水淬冷卻。
步驟(3)中直接還原鐵的品位大于90％、回收率大于90％。
步驟(4)中酸浸提純所用酸為鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸和高氯酸中的一種或多種組合。
步驟(4)中獲得的高純氮(碳)化鈦粉體的純度大于99％，鈦回收率大于90％。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
上述方案中，直接由鈦磁鐵礦生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)品和氮化高純鈦產(chǎn)品，具有原料來(lái)源廣泛、流程短、產(chǎn)品價(jià)值高和環(huán)境友好的特點(diǎn)，綠色高效利用了鈦磁鐵礦中的鐵、鈦、釩資源?；厥章蚀笥?0％、鐵品位大于90％的直接還原鐵和回收率大于90％、純度大于99％的氮(碳)化鈦產(chǎn)品。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的用鈦磁鐵礦精礦生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)品和高純氮(碳)化鈦產(chǎn)品的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供一種用鈦磁鐵礦精礦生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)品和高純氮(碳)化鈦產(chǎn)品的方法，如圖1所示，包括造球、還原焙燒、磨礦、分選和酸浸等步驟，下面結(jié)合具體實(shí)施例予以說(shuō)明。
實(shí)施例1
某鈦磁鐵礦精礦中品位為T(mén)Fe 57.31％、TiO211.23％，其中含鐵礦物主要為鈦磁鐵礦和少量鈦鐵礦，基本不含其他脈石礦物。
將鈦磁鐵礦精礦：無(wú)煙煤：水玻璃按質(zhì)量比100：22：3稱取混合均勻，然后在圓盤(pán)造球機(jī)中加水生成含碳球團(tuán)，將含碳球團(tuán)在105℃烘干，然后放入石墨坩堝中，并加蓋保護(hù)。待馬弗爐升溫至1300℃時(shí)，將石墨坩堝放入爐膛焙燒90min，焙燒結(jié)束后將坩堝取出在室溫下自然冷卻。對(duì)焙燒后球團(tuán)進(jìn)行磨礦，磨礦細(xì)度為-0.074㎜占80％，得到的礦漿磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度100kA/m，磁選精礦即為直接還原鐵，鐵品位為92.87％，鐵回收率分別為96.42％。磁選尾礦為富鈦渣，富鈦渣經(jīng)鹽酸、氫氟酸浸泡攪拌24h后用去離子水沖洗，得到高純氮化鈦粉體。對(duì)得到的氮化鈦粉體進(jìn)行了XRD和化學(xué)分析，其晶相為T(mén)iN，純度為99.1％，鈦回收率為95％。
實(shí)施例2
某鈦磁鐵礦精礦中品位為T(mén)Fe 60.54％、TiO26.98％，其中含鐵礦物主要為鈦磁鐵礦和少量鈦鐵礦，基本不含其他脈石礦物。
鈦磁鐵礦精礦：碳質(zhì)還原劑：添加劑：粘結(jié)劑按質(zhì)量比100：28：8：5稱取混合，然后加12％的水混勻。碳質(zhì)還原劑的組成為無(wú)煙煤：煙煤：活性炭：焦炭：半焦：石油焦：石墨的質(zhì)量比為40：10：10：10：10：10：10，無(wú)煙煤、煙煤、活性炭、焦炭、半焦、石油焦和石墨均為工業(yè)產(chǎn)品；添加劑組成為氫氧化鈣：碳酸鉀：硫酸鈉：碳酸鈉：硫酸鈉：氟化鈣：硼酸鈉質(zhì)量比為10：15：10：10：15：15：10，氫氧化鈣、碳酸鉀、硫酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、氟化鈣、硼酸鈉均為工業(yè)產(chǎn)品；粘結(jié)劑組成為水玻璃：膨潤(rùn)土：淀粉：廢糖漿：羧甲基纖維素鈉質(zhì)量比為20：30：10：30：10，水玻璃、膨潤(rùn)土、淀粉、廢糖漿、羧甲基纖維素鈉均為工業(yè)產(chǎn)品。混合物料在對(duì)輥壓球機(jī)中生成含碳球團(tuán)，將含碳球團(tuán)在105℃烘干，然后放入石墨坩堝中，并加蓋密封。待馬弗爐升溫至1330℃時(shí)，將石墨坩堝放入爐膛焙燒70min，焙燒結(jié)束后將坩堝取出在室溫下自然冷卻。對(duì)焙燒球團(tuán)進(jìn)行磨礦，磨礦細(xì)度為-0.4㎜占80％，磨礦產(chǎn)品采用0.2mm的篩子進(jìn)行篩分，篩上產(chǎn)品為高品位的直接還原鐵，鐵品位為95.43％。篩下產(chǎn)品進(jìn)行再進(jìn)行磨礦，磨礦細(xì)度為-0.074㎜占92％，所得礦漿進(jìn)行磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度為70kA/m，磁選精礦鐵品位為91.01％，鐵總回收率為96.32％。富鈦渣經(jīng)過(guò)鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氫氟酸、硼酸、高氯酸和苯二磺酸混合酸浸泡攪拌28h后用去離子水沖洗，得到高純氮(碳)化鈦粉體，氮(碳)化鈦的純度為99.38％，鈦回收率為92.33％。
實(shí)施例3
某鈦磁鐵礦精礦中品位為T(mén)Fe 47.87％、TiO219.01％，其中含鐵礦物主要為鈦磁鐵礦和少量鈦鐵礦，基本不含其他脈石礦物。
鈦磁鐵礦精礦：碳質(zhì)還原劑：添加劑：粘結(jié)劑按質(zhì)量比100：18：9：5稱取混合。碳質(zhì)還原劑的組成為無(wú)煙煤：煙煤：活性炭：焦炭：半焦：石油焦：石墨的質(zhì)量比為50：5：15：5：15：5：5，無(wú)煙煤、煙煤、活性炭、焦炭、半焦、石油焦和石墨均為工業(yè)產(chǎn)品；添加劑組成為氫氧化鈣：碳酸鉀：硫酸鈉：碳酸鈉：硫酸鈉：氟化鈣：硼酸鈉質(zhì)量比為8：20：15：5：20：10：22，氫氧化鈣、碳酸鉀、硫酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、氟化鈣、硼酸鈉均為工業(yè)產(chǎn)品；粘結(jié)劑組成為水玻璃：膨潤(rùn)土：淀粉：廢糖漿：羧甲基纖維素鈉質(zhì)量比為20：30：10：30：10，水玻璃、膨潤(rùn)土、淀粉、廢糖漿、羧甲基纖維素鈉均為工業(yè)產(chǎn)品?；旌衔锪显趫A盤(pán)造球機(jī)中加水生成含碳球團(tuán)，將含碳球團(tuán)在105℃烘干，然后放入石墨坩堝中，并加蓋保護(hù)。待馬弗爐升溫至1250℃時(shí)，將石墨坩堝放入爐膛焙燒150min，焙燒結(jié)束后將坩堝取出在室溫下自然冷卻。對(duì)焙燒球團(tuán)進(jìn)行磨礦，磨礦細(xì)度為-0.074㎜占75％，得到的礦漿進(jìn)行磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度為140kA/m，磁選精礦即為直接還原鐵，鐵品位為93.02％，鐵回收率分別為97.13％。富鈦渣經(jīng)過(guò)鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氫氟酸、硼酸、高氯酸和苯二磺酸混合酸浸泡攪拌35h后用去離子水反復(fù)沖洗，得到純度為99.40％的氮化鈦粉體，鈦回收率為94.30％。
實(shí)施例4
某鈦磁鐵礦精礦中品位為T(mén)Fe 55.22％、TiO213.32％，其中含鐵礦物主要為鈦磁鐵礦和少量鈦鐵礦，基本不含其他脈石礦物。
鈦磁鐵礦精礦：碳質(zhì)還原劑：添加劑按質(zhì)量比100：35：20稱取混合。碳質(zhì)還原劑的組成為無(wú)煙煤：煙煤：活性炭：焦炭：半焦：石油焦：石墨的質(zhì)量比為50：5：15：5：15：5：5，無(wú)煙煤、煙煤、活性炭、焦炭、半焦、石油焦和石墨均為工業(yè)產(chǎn)品；添加劑組成為氫氧化鈣：碳酸鉀：硫酸鈉：碳酸鈉：硫酸鈉：氟化鈣：硼酸鈉質(zhì)量比為25：15：7：10：13：15：15，氫氧化鈣、碳酸鉀、硫酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、氟化鈣、硼酸鈉均為工業(yè)產(chǎn)品；混合物料在圓盤(pán)造球機(jī)中加水生成含碳球團(tuán)，將含碳球團(tuán)在105℃烘干，將含碳球團(tuán)放入氣氛爐中，充氮?dú)獗Ｗo(hù)升溫至1460℃，然后保溫40min，焙燒結(jié)束后隨爐在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻。對(duì)焙燒后球團(tuán)進(jìn)行磨礦，磨礦細(xì)度為-0.074㎜占60％，得到的礦漿進(jìn)行磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度為130kA/m，磁選精礦即為直接還原鐵，鐵品位為92.34％，鐵回收率分別為96.88％。富鈦渣經(jīng)過(guò)鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氫氟酸、硼酸、高氯酸和苯二磺酸混合酸浸泡攪拌30h后用去離子水反復(fù)沖洗，得到高純氮(碳)化鈦粉體。對(duì)得到的氮化鈦粉體進(jìn)行了XRD和化學(xué)分析，其晶相為T(mén)iCN，純度為99.38％，鈦回收率為90.45％。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。